Роль гормонов в метаболизме костной ткани

Регуляция обмена витамина D, паратгормона и костной ткани

Роль гормонов в метаболизме костной ткани

Физиология паратгормона настолько сильно связана с витамином D и метаболизмом костной ткани, что рассматривать эти вопросы по отдельности, не потеряв их сути, невозможно. Графически взаимоотношения представлена на рисунке ниже.

Паратгормон в первую очередь регулирует содержание ионов кальция в межклеточном пространстве.

Витамин D контролирует всасывание кальция из пищи, а также косвенно отвечает за минерализацию костной ткани, которая содержит в себе 99% всего кальция организма.

«Можно ли считать кость органом?» Да! Поскольку костная ткань проявляется очень высокую метаболическую активность, а также содержит большие запасы кальция, она напрямую включена в процессы регуляции содержания кальция в межклеточном пространстве и плазме крови.

Нормальная концентрация кальция в межклеточном пространстве необходима для выполнения множества клеточных функций, среди которых передача сигнала между клетками, секреция гормонов, нормальная работа мышц и нервов, поэтому необходимо строгое ее сохранение в определенных пределах.

Гипокальциемия ведет к нервно-мышечной гипервозбудимости; умеренное снижение уровня кальция проявляется гиперестезиями с положительными симптомами Хвостека и Труссо; тяжелая гипокальциемия ведет к развитию тетании, судорог и смерти. Гиперкальциемия проявляется летаргией, слабостью, комой и, наконец, смертью.

Около 50% внеклеточного кальция находится в ионизированной форме, но точное соотношение зависит от pH. кальция внутри клеток на порядки меньше, чем вне ее, но некоторые органеллы, например, митохондрии, содержат в себе повышенные концентрации кальция.

Колебания уровня внеклеточного ионизированного кальция обычно не превышают ± 10%.

а) Физиология обмена паратгормона.

Паратгормон (паратиреоидный гормон, ПТГ, РТН) по химическому строению является 84-аминокислотным полипептидом; было выяснено, что за биологическую активность гормона ответственны первые 34 аминокислотных остатка паратгормона, именно они используются в клинической практике, например, в лечении остеопороза. Определение последовательности классического рецептора ПТГ показало его связь с G-белком и наличие семи трансмембранных сегментов, проявляющих одинаковое сродство как с паратгормоном, так и с ПТГ-родственным пептидом (ПТГ-рП).

Но ПТГ-рП не обладает таким же активирующим действием на 1-гидроксилазы почек, как сам ПТГ.

Наибольшее количество рецепторов к ПТГ находится в костной ткани и в почках, хотя в других органах они также присутствуют в меньших количествах.

Недавно был обнаружен новый подвид ПТГ-рецептора, который связывается с карбоксильным остатком паратгормона. Ранее считалось, что данные рецепторы находятся в неактивном состоянии. Этот недавно обнаруженный рецептор не связывается с ПТГ-рП.

Неизвестно, играет ли он какую-либо роль в метаболизме костной ткани или имеет какие-либо другие функции.

Клетки паращитовидных желез также экспрессируют рецепторы, чувствительные к кальцию. И они являются рецепторами, связанными с G-белками, и имеют в своем составе семь трансмембранных доменов.

Данные рецепторы могут соединяться с различными катионами, но физиологически подходящими для них являются только двухвалентные катионы кальция и магния.

Снижение уровня ионизированного кальция ведет к повышению секреции ПТГ, повышение уровня ионизированного кальция ведет к снижению секреции ПТГ.

Таким образом, и концентрация ионизированного кальция, и концентрация ПТГ в плазме крови колеблются лишь в узких пределах.

Были описаны различные мутации данных рецепторов, некоторые из них приводят к повышению их активности, другие — к понижению.

Данные мутации являются ключом к пониманию семейной гипокальциурической гиперкальциемии и некоторых гипокальциемических синдромов, например, семейного гипопаратиреоидизма.

Паратгормон (ПТГ) повышает резорбцию кальция в почках, усиливает резорбцию костной ткани, повышает активность D1-гидроксилазы почек. Эти механизмы помогают восстановить уровень кальция в плазме крови.

Пути метаболизма витамина D, паратгормона и костной ткани. Предшественники витамина D синтезируются в коже под действием ультрафиолета. Превращение 25-ОН витамина D, депонированной формы витамина, в активную форму, т.е. 1,25-(ОН)2 витамин D, регулируется паратгормоном. 1,25-(ОН)2 витамин D повышает всасывание кальция в желудочно-кишечном тракте. Кальций и фосфор плазмы крови регулируют содержание паратгормона крови, а также участвуют в минерализации новообразованного костного матрикса. При повышении уровня паратгормона усиливается резорбция костной ткани, поскольку это необходимо для поддержания необходимого уровня кальция в плазме,

а также стимулируется синтез 1,25-(ОН)2 витамина D почками.

б) Физиология обмена витамина Д. Синтез провитамина D (холекальциферола) происходит в коже из 7-дегидрохолестерола в результате фотокатализа под действием ультрафиолетовых лучей с длиной волны 290-315 нм.

Ультрафиолетовые лучи именно с такой длиной волны могут преодолеть атмосферу, поэтому у жителей возвышенностей синтез провитамина D подвержен сезонным колебаниям.

Синтез предшественников провитамина D тоже зависит от воздействия солнечных лучей, поэтому избыточное пребывание на солнце не приводит к гипервитаминозу.

Следовательно, скорость продукции провитамина D в долгосрочной перспективе не зависит от пигментации кожи; но она может снижаться у темнокожих лиц, которые мало подвергаются воздействию солнечных лучей. Провитамин D связывается с транскальциферином (витамин – D – связывающим белком) и транспортируется в печень, где в результате 25-гидроксилирования он превращается в кальцидиол.

Возможности получения витамина D с пищей очень ограничены, лишь крайне малое число продуктов содержит в себе витамин D. Молоко и молочные продукты, производимые в США и Европе, дополнительно обогащаются витамином D.

Одна их порция содержит около 100 ME витамина. К сожалению, необогащенные молочные продукты и человеческое грудное молоко содержат крайне малое количество витамина. В желтке яйца содержится около 20 ME витамина D, в белке витамина D нет.

Рыба является источником, богатым витамином D.

В порции консервированного тунца содержится 250 ME витамина, а в одной порции свежевыловленного лосося может содержаться до 1000 ME. В растительных продуктах витамина D нет, но он может содержаться в грибах в количестве до 1500 МЕ/100 г, если грибы росли в присутствии солнечного света.

Витамин D представляет из себя провитамин, активной формой которого является 1-25-(ОН)2 витамин D (кальцитриол). В норме кальцитриол продуцируется почками из витамина D, кальцидиола, в результате реакции 1-гидроксилирования.

Активность 1-гидроксилазы почек контролируется ПТГ, поэтому уровень 1-25-(ОН)2 витамина D напрямую коррелирует с уровнем ПТГ. Высокий уровень ПТГ, как правило при гипокальциемии, стимулирует образование 1-25-(ОН)2 витамина D.

В результате происходит повышение абсорбции кальция в кишечнике и нормализация его уровня в плазме крови.

При определенных патологических состояниях некоторые другие ткани также могут проявлять 1-гидроксилазную активность, иногда независимо от действия ПТГ.

в) Метаболизм минеральных веществ в костной ткани.

Мы часто воспринимаем кости лишь как опорные структуры, но на самом деле костная ткань играет важную роль в метаболизме, выступая в качестве депо кальция, фосфатов и карбонатов, также она участвует в поддержании кислотно-щелочного равновесия.

Матриксом кости является частично минерализованная ткань и специфические костные клетки. Костную систему человека разделяют на осевой скелет, к которому относят череп, позвоночный столб, грудину, ребра и таз, и на скелет конечностей, от их проксимальных отделов до кончиков пальцев.

Также костная ткань подразделяется на губчатую (трабекулярную), которая обладает высокой метаболической активностью, и кортикальную, которая имеет большую плотность и меньшую метаболическую активность. Изменения в кортикальной костной ткани наступают при тяжелых или длительно текущих заболеваниях. В осевом скелете преобладает содержание трабекулярной кости, в скелете конечностей — кортикальной.

К костным клеткам относят остеобласты, остеокласты и остеоциты.

Остеобласты происходит из мезенхимальных стволовых клеток, они образуют соединительнотканный матрикс кости, который затем минерализуется, формируя новую костную ткань.

Большинство остеобластов подвергаются апоптозу, но часть из них остается включенной в костный матрикс и превращается в остеоциты, а другая часть остается на поверхности кости, формируя надкостницу.

Трансформируясь в остеоциты, эти клетки образуют длинные отростки, которыми они создают щелевой контакт с соседними клетками и с клетками надкостницы. Остеоциты воспринимают механическое давление, оказываемое на кость, и играют важную роль в моделировании костной ткани.

Остеокласты представляют собой крупные многоядерные клетки, происходящие из одноядерных макрофагов.

Процесс дифференцировки клеток в остеокласты происходит под контролем ядер-ного фактора кВ (каппа-Б, RANKL), продуцирующего в ходе апоптоза остеобластов, и под контролем колониестимулирующего фактора макрофагов.

Остеокласты участвуют в резорбции костной ткани, разрушая минеральный компонент и коллагеновый матрикс костной ткани посредством протеолиза.

В норме костная ткань постоянно разрушается остеокластами и одновременно заново синтезируется остеобластами. Этот процесс получил название ремоделирования костной ткани.

В здоровом организме процессы разрушения и синтеза костной ткани находятся в равновесии. Ремоделирование костной ткани крайне важно для поддержания структурной целостности (прочности) скелета, т. к.

с ее помощью постоянно восстанавливаются микропереломы костей, возникающие от каждодневных физических нагрузок.

г) Кальций-чувствительные рецепторы. Как уже упоминалось выше, паращитовидные клетки экспрессируют кальций-чувствительные рецепторы.

Первоначально данные рецепторы были выделены из паращитовидных клеток крупного рогатого скота, затем их наличие было подтверждено и у человека.

Кроме паращитовидных желез, где они и были впервые обнаружены, данные рецепторы экспрессируются в почках, костях, желудке, легких, головном мозге и других тканях.

Как мутации, так и приобретенные дисфункции данных рецепторов могут стать причиной появления различных заболеваний, связанных как с повышением, так и с понижением кальция крови. Более подробно эти заболевания будут рассмотрены ниже.

Скачать данное видео и просмотреть с другого видеохостинга можно на странице: Здесь.

– Также рекомендуем “Причины увеличения кальция в крови – гиперкальциемии”

Оглавление темы “Болезни щитовидной железы и опухоли мягких тканей шеи”:

Источник: https://meduniver.com/Medical/otorinolaringologia_bolezni_lor_organov/obmen_vitamina_d_paratgormona_kostnoi_tkani.html

Роль гормонов в метаболизме костной ткани

Роль гормонов в метаболизме костной ткани
Только у нас: Введите до 31.03.2020 промокод бонус2020 в поле купон при оформлении заказа и получите скидку 25% на всё!

Д) Неорганические вещества

Биохимия соединительной ткани. Биохимия костной ткани , страница 2

Костная ткань — разновидность соединительной тка­ни, отличающаяся большей твердостью, механической прочностью, наличием межклеточного вещества, в кото­ром преобладают неорганические вещества. Кость, как орган, — сложное структурное образование, содержащее костную ткань, костный мозг, кровеносные и лимфати­ческие сосуды, нервы, хрящевую ткань.

Б) функции костной ткани.

механическая: опорная, двигательная, защитная;

биологическая: а) участвует в процессе кроветворе­ния, б) обмене веществ; в) является депо неорганических веществ; г) служит буфером, стабилизирующим ионный состав внутренней среды.

В) Структура костной ткани.

Костная ткань состоит из органических веществ (20%); минеральных веществ (70%); воды (10%). Орга­ническая часть состоит на 95% из белка-коллагена, 5% приходится на неколлагеновые белки, углеводы, жиры, протеогликаны, хондроитинсульфат, цитрат. Твердость зависит от наличия минеральных веществ. В скелете со­средоточено 99% тканевого кальция, 87% — фосфата, 58% — магния.

Клетки костной ткани разделяют на остеокласты, ос­теобласты, остеоциты.

Остеобласты — клетки, синтезирующие большую часть органического костного матрикса (проколлаген, гликозаминогликаны, белки-ферменты и др.) в период костеобразования, участвуют в переносе кальция в костный матрикс (минерализация кости).

Остеокласты, — клетки, осуществляющие резорб­цию костной ткани: осуществляют рассасывание межкле­точного вещества, деминерализацию хрящей, костей. В них содержится большое количество лизосом, митохонд­рий.

Остеоциты — зрелые костные клетки, обеспечива­ющие целостность костного матрикса и участвующие в регуляции его гомеостаза. Считается, что три типа кле­ток могут превращаться друг в друга при определенных условиях.

Коллаген I типа — белок, состоящий из трех полипептидных цепей, представляющих скрученные спира­ли, навинченные на один общий цилиндр. В отличие от коллагена соединительной ткани в коллагене кости пре­обладают поперечные связи, которые придают особую прочность.

Синтез коллагена происходит в остеобластах при наличии ферментов, гидроксилирующих пролин и лизин. Предшественником коллагена является тропоколлаген, который проникает в межклеточное пространство, где полимеризуется, образуя волокна.

Синтез преоблада­ет над распадом и происходит накопление коллагена во внеклеточном пространстве.

Г) Белки неколлагеновой природы

Гликопротеины — принимают участие в процессе ми­нерализации, водно-солевом обмене, росте и развитии кости.

Альбумин — составляет главную массу неколлагеновых белков. Принимает участие в доставке и распределе­нии гормонов, веществ из кровяного русла.

Углеводы — обеспечивают энергией процесс минера­лизации.

Мукополисахариды — участвуют в образовании кри­сталлического кальция и связывании его с коллагеном, регуляции водного и солевого обмена.

Органические кислоты — цитрат, который образует с кальцием комплексное соединение, обеспечивая увели­чение концентрации кальция до такого уровня, при кото­ром начинается его кристаллизация и минерализация. Цитрат принимает участие в регуляции уровня кальция в крови.

Д) Неорганические вещества

Кальций выполняет пластическую роль при форми­ровании тканевых структур. В организме находится в фор­мах: кристаллической — оксиаппатит (его структура та­кова, что может легко отдавать ионы в тканевые жидко­сти и вновь поглощать их); аморфной — более растворим и является резервом кальция и фосфора. Он преобладает в раннем возрасте, а в зрелом — кристаллический.

Микроэлементы — регулируют обмен веществ.

Е) Особенности метаболизма костной ткани

Образование костной ткани состоит из двух этапов: образования органической матрицы и ее дальнейшей ми­нерализации.

Этот процесс протекает с большой затратой энергии, которая образуется в результате тканевого ды­хания костных клеток, которые обладают такой же дыха­тельной активностью, как и клетки других тканей.

На процессы образования и распада костной ткани влияют гормоны, витамины, питание, возраст.

Паратгормон (84 остатка аминокислот) — активи­руя ферментные системы остеокластов, вызывает деми­нерализацию костей, выражающуюся в разрушении ми­неральной и органической основы кости. Паратгормон уменьшает количество остеобластов и увеличивает число остеокластов. Происходит выход ионов кальция в кровь из костей.

Калъцитриол (1,25-дигидрокси-Вз) — действует ана­логично паратгормону. Калъцитонин (32 остатка ами­нокислот) — является антагонистом паратгормона. Кальцитонин активирует ферментную систему остеобластов, что приводит к усилению минерализации кости, способ­ствуя отложению в костях ионов кальция и фосфатов.

Половые гормоны — ускоряют созревание и сокра­щают период роста кости (при раннем половом созрева­нии наступает карликовость). Эстрогены увеличивают ак­тивность остеобластов.

Тироксин (тетрайодтиронин) — активирует фермен­ты ЦПЭ; усиливает поглощение кислорода; активирует а-глицерофосфатдегидрогеназу; активирует К + /Nа + насос; усиливает рост и дифференцировку тканей; активирует обмен белков, углеводов. При недостаточной секреции за­медляется рост кости.

Соматотропин — гормон роста (191 остаток амино­кислот) — стимулирует образование сульфосодержащих глюкозаминогликанов; тимидина; уридина; пролина; уси­ливает биосинтезы белка, ДНК, РНК; активирует глико­лиз, распад ТАГ и ВЖК.

Кортикостероидные гормоны (кортизол, кортизон) усиливают действие паратгормона; ингибируют рост и де­ление фибробластов; биосинтез мРНК проколлагена.

При их усиленной секреции наблюдается замедление биосин­теза коллагена, фибронектина, протеогликанов матрикса.

Таким образом, стероидные гормоны усиливают деми­нерализацию кости, поэтому длительное лечение стерои­дами вызывает остеопороз, разрушение позвоночника, угнетает заживление переломов.

Витамин D3 является предшественником кальцитриола, вызывает резорбцию кости (при гипокальциемии).

Витамин А. Если он находится в недостатке, то про­исходит утолщение костей, изменение их формы, нару­шение минерализации, задержка роста. При его избытке нарушается прочность мембран лизосом и разрушаются основные компоненты кости, т. е. наблюдается рассасы­вание кости, остеопороз, переломы.

Витамин С в норме активирует гидроксилазы пролина и лизина. При его недостатке уменьшается биосин­тез коллагена, что приводит к деминерализации кости, уменьшению синтеза РНК.

Витамин В6 принимает участие в обмене аминокис­лот, биосинтезе белков, поэтому при его недостатке за­медляется рост кости.

Витамины РР и В2 являются коферментами дегидрогеназ ЦПЭ, при их недостатке уменьшается синтез АТФ, замедляется рост кости.

В костной ткани находятся ферменты цикла Кребса, ЦПЭ, гликолиза, щелочная фосфатаза. Ее активность за­висит от активности остеобластов. Когда в костной тка­ни происходят процессы, связанные с перестройкой кост­ной ткани, в крови увеличивается активность щелоч­ной фосфатазы.

К) Патология костной ткани

Заболевания могут возникнуть в результате различ­ных причин: травмы, инфекции, врожденных нарушений, дистрофии, дисплазии.

Воспаления: остит; остеомиелит; туберкулез кости; сифилис кости; бруцеллез.

Дистрофии: цинга; рахит; остеохондропатии.

Дисплазии: опухоли костей; саркома; метастазы опу­холей.

Травмы: переломы; артрозы; спондилезы.

  • АлтГТУ 419
  • АлтГУ 113
  • АмПГУ 296
  • АГТУ 266
  • БИТТУ 794
  • БГТУ «Военмех» 1191
  • БГМУ 172
  • БГТУ 602
  • БГУ 153
  • БГУИР 391
  • БелГУТ 4908
  • БГЭУ 962
  • БНТУ 1070
  • БТЭУ ПК 689
  • БрГУ 179
  • ВНТУ 119
  • ВГУЭС 426
  • ВлГУ 645
  • ВМедА 611
  • ВолгГТУ 235
  • ВНУ им. Даля 166
  • ВЗФЭИ 245
  • ВятГСХА 101
  • ВятГГУ 139
  • ВятГУ 559
  • ГГДСК 171
  • ГомГМК 501
  • ГГМУ 1967
  • ГГТУ им. Сухого 4467
  • ГГУ им. Скорины 1590
  • ГМА им. Макарова 300
  • ДГПУ 159
  • ДальГАУ 279
  • ДВГГУ 134
  • ДВГМУ 409
  • ДВГТУ 936
  • ДВГУПС 305
  • ДВФУ 949
  • ДонГТУ 497
  • ДИТМ МНТУ 109
  • ИвГМА 488
  • ИГХТУ 130
  • ИжГТУ 143
  • КемГППК 171
  • КемГУ 507
  • КГМТУ 269
  • КировАТ 147
  • КГКСЭП 407
  • КГТА им. Дегтярева 174
  • КнАГТУ 2909
  • КрасГАУ 370
  • КрасГМУ 630
  • КГПУ им. Астафьева 133
  • КГТУ (СФУ) 567
  • КГТЭИ (СФУ) 112
  • КПК №2 177
  • КубГТУ 139
  • КубГУ 107
  • КузГПА 182
  • КузГТУ 789
  • МГТУ им. Носова 367
  • МГЭУ им. Сахарова 232
  • МГЭК 249
  • МГПУ 165
  • МАИ 144
  • МАДИ 151
  • МГИУ 1179
  • МГОУ 121
  • МГСУ 330
  • МГУ 273
  • МГУКИ 101
  • МГУПИ 225
  • МГУПС (МИИТ) 636
  • МГУТУ 122
  • МТУСИ 179
  • ХАИ 656
  • ТПУ 454
  • НИУ МЭИ 641
  • НМСУ «Горный» 1701
  • ХПИ 1534
  • НТУУ «КПИ» 212
  • НУК им. Макарова 542
  • НВ 777
  • НГАВТ 362
  • НГАУ 411
  • НГАСУ 817
  • НГМУ 665
  • НГПУ 214
  • НГТУ 4610
  • НГУ 1992
  • НГУЭУ 499
  • НИИ 201
  • ОмГТУ 301
  • ОмГУПС 230
  • СПбПК №4 115
  • ПГУПС 2489
  • ПГПУ им. Короленко 296
  • ПНТУ им. Кондратюка 119
  • РАНХиГС 186
  • РОАТ МИИТ 608
  • РТА 243
  • РГГМУ 118
  • РГПУ им. Герцена 124
  • РГППУ 142
  • РГСУ 162
  • «МАТИ» — РГТУ 121
  • РГУНиГ 260
  • РЭУ им. Плеханова 122
  • РГАТУ им. Соловьёва 219
  • РязГМУ 125
  • РГРТУ 666
  • СамГТУ 130
  • СПбГАСУ 318
  • ИНЖЭКОН 328
  • СПбГИПСР 136
  • СПбГЛТУ им. Кирова 227
  • СПбГМТУ 143
  • СПбГПМУ 147
  • СПбГПУ 1598
  • СПбГТИ (ТУ) 292
  • СПбГТУРП 235
  • СПбГУ 582
  • ГУАП 524
  • СПбГУНиПТ 291
  • СПбГУПТД 438
  • СПбГУСЭ 226
  • СПбГУТ 193
  • СПГУТД 151
  • СПбГУЭФ 145
  • СПбГЭТУ «ЛЭТИ» 380
  • ПИМаш 247
  • НИУ ИТМО 531
  • СГТУ им. Гагарина 114
  • СахГУ 278
  • СЗТУ 484
  • СибАГС 249
  • СибГАУ 462
  • СибГИУ 1655
  • СибГТУ 946
  • СГУПС 1513
  • СибГУТИ 2083
  • СибУПК 377
  • СФУ 2423
  • СНАУ 567
  • СумГУ 768
  • ТРТУ 149
  • ТОГУ 551
  • ТГЭУ 325
  • ТГУ (Томск) 276
  • ТГПУ 181
  • ТулГУ 553
  • УкрГАЖТ 234
  • УлГТУ 536
  • УИПКПРО 123
  • УрГПУ 195
  • УГТУ-УПИ 758
  • УГНТУ 570
  • УГТУ 134
  • ХГАЭП 138
  • ХГАФК 110
  • ХНАГХ 407
  • ХНУВД 512
  • ХНУ им. Каразина 305
  • ХНУРЭ 324
  • ХНЭУ 495
  • ЦПУ 157
  • ЧитГУ 220
  • ЮУрГУ 306

Полный список ВУЗов

Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).

vunivere.ru

Это может быть интересно:

Если нет костной ткани зуба что .   Аппараты для обработки костей и костной ткани .   Что такое уменьшение костной ткани зубов .   Убывание костной ткани зубов лечение .  

Только у нас: Введите до 31.03.2020 промокод бонус2020 в поле купон при оформлении заказа и получите скидку 25% на всё!

Источник: http://zdorovie-ok.ru/rol-gormonov-v-metabolizme-kostnoj-tkani/

Метаболизм костной ткани

Роль гормонов в метаболизме костной ткани

Кость — структура, подвергающаяся непрерывным перестройкам на протяжении всей жизни. Прочность костей обеспечивает функционирование опорно-двигательного аппарата. Кроме того, костная ткань служит резервуаром, поддерживающим гомеостаз кальция, магния, фосфата, натрия и других ионов. Кости пронизаны большим количеством сосудов; костный кровоток составляет до 10% системного.

Свойства костной ткани определяются межклеточными компонентами — минеральным веществом и органическим матриксом.

На долю коллагена I типа приходится 90—95% всего белка органического матрикса.

К неколлагеновым белкам матрикса относятся: белки плазмы (альбумин и фетуин), белки, содержащие остатки γ-карбоксиглутаминовой кислоты (остеокальцин и γ-карбоксиглутамат-содержащий белок матрикса), гликопротеид остеонектин, фосфопротеид остеопонтин, сиалопротеиды, тромбоспондин и другие, менее изученные белки.

Некоторые из этих белков участвуют в минерализации матрикса. Минеральное вещество костной ткани состоит из частично кристаллизованного гидроксиапатита, в котором молярное отношение кальция к фосфату меньше, чем в чистом гидроксиапатите (формула чистого гидроксиапатита Са10(РО4)6(ОН)2).

В кости, особенно в ее поверхностном слое, имеются и другие ионы. Минерализация начинается с образования отдельных «островков» в промежутках между концами нитей коллагена. Процесс минерализации зависит от образования органического матрикса. Такая двухкомпонентная структура из минерального вещества и органического матрикса обеспечивает высокую механическую прочность кости.

За образование кости отвечают остеобласты — клетки мезенхимного происхождения, синтезирующие белки органического матрикса. Для остеобластов характерны:

1) определенные локализация и морфология;

2) присутствие костного изофермента ЩФ;

3) наличие рецепторов ПТГ и 1,25(OH)2D3;

4) способность синтезировать белки матрикса, такие, как коллаген I типа, остеокальцин и остеопонтин.

Минерализация новосинтезированного матрикса начинается сразу после его секреции (первичная минерализация) и продолжается в течение нескольких недель (вторичная минерализация). Остеобласт, окруженный минерализующимся матриксом, превращается в остеоцит, который сохраняет связь с другими клетками через систему канальцев.

Резорбция костной ткани осуществляется остеокластами — многоядерными клетками, образованными слиянием моноцитов.

В остеокластах обнаружены:

1) Н+-АТФаза и карбоангидраза II, обеспечивающие закисление среды в зоне резорбции;

2) тирозинкиназа Src, продукт онкогена SRC, а также ее субстрат р80/85;

3) устойчивая к тартрату кислая фосфатаза;

4) мембранные рецепторы кальцитонина;

5) Nа+,К+-АТФаза, сходная с аналогичным почечным ферментом;

6) Сl/HCO3-обменник, относящийся к семейству белков полосы 3. Остеокласты прикрепляются к белкам костного матрикса, например остеопонтину, с помощью аγβз-интегрина. При этом каждый остеокласт образует на поверхности кости зону прикрепления в виде кольца; цитоплазма остеокласта в области прикрепления светлая (светлая зона), и в ней содержатся сократительные белки.

Внутри этого кольца мембрана остеокласта образует так называемую гофрированную каемку; в ограниченном пространстве между гофрированной каемкой и костью и создается кислая среда, происходит растворение минерального вещества, а затем под действием кислых гидролаз рассасывается органический матрикс. В результате разрушительной деятельности остеокластов в кости образуются как бы разъеденные полости — гаушиповы, или резорбционные лакуны. В этих лакунах и располагаются остеокласты.

Описано много гуморальных регуляторов образования остеобластов и остеокластов из клеток-предшественников, а также функции дифференцированных клеток. Из них наиболее известны ИЛ-6, ИЛ-11 и колониестимулирующие факторы.

В костной ткани содержится много факторов роста.

На функцию остеобластов действуют: трансформирующий фактор роста р типов I и II, кислый и основный факторы роста фибробластов, тромбоцитарный фактор роста, ИФР-I и ИФР-II.

В перестройке кости участвуют, по-видимому, остеоглицин и ряд белков — регуляторов морфогенеза кости. Функцию остеокластов и процесс резорбции кости регулируют: ИЛ-1, ФНО, интерферон у и колониестимулирующие факторы.

В ряде случаев регуляция функции остеокластов осуществляется опосредованно, через остеобласты или фибробласты стромы костного мозга, — так действует, в частности, ПТГ, рецепторов к которому в зрелых остеокластах нет. Через взаимодействие с рецепторами в клетках-предшественниках l,25(OH)2D3 стимулирует их дифференцировку в моноциты и затем в остеокласты.

Некоторые цитокины, например ИЛ-1 и трансформирующий фактор роста а, индуцируют локальное образование простагландинов и других цитокинов, таких, как ИЛ-6 и колониестимулирующие факторы. Так называемые факторы активации остеокластов, как теперь очевидно, — это группа цитокинов, в том числе ИЛ-1, ФНОα и β, а также, возможно, другие вещества.

У плода и ребенка кость образуется путем замещения обызвествленного хряща (хрящевой остеогенез) или формируется непосредственно из мезенхимы (перепончатый остеогенез).

В новообразованной костной ткани (у детей, а также у взрослых при быстром росте, например при образовании костной мозоли) относительно много клеток и мало матрикса, для нее характерно беспорядочное расположение толстых переплетающихся пучков коллагеновых нитей (ретикулофиброзная кость).

В зрелой кости пучки коллагеновых нитей организованы в параллельные или концентрические пластинки (пластинчатая кость). В длинных костях костные пластинки, расположенные концентрически вокруг

кровеносных сосудов, формируют остеоны (гаверсовы системы). Толщина кости увеличивается, если скорость остеогенеза в надкостнице выше скорости резорбции на эндостальной поверхности. Удлинение костей происходит за счет пролиферации клеток эпифизарного хряща и последующего хрящевого остеогенеза.

У взрослых эпифизы зарастают, удлинение костей и хрящевой остеогенез прекращаются; некоторая активность клеток сохраняется только в суставном хряще. Однако и у взрослых продолжается перестройка как остеонов, так и губчатых костей.

Новообразованная костная ткань отличается гладкой поверхностью, поглощает тетрациклин, имеет относительно низкое содержание минерального вещества и покрыта активными остеобластами. Толщина нового неминерализованного органического матрикса (остеоида) составляет около 12 мкм.

Для определения скорости образования костной ткани больному дважды с некоторым интервалом дают тетрациклин, а затем измеряют расстояние между флюоресцирующими слоями на срезах костного биоптата.

Зоны резорбции отличаются неровной поверхностью и присутствием остеокластов. Резорбция предшествует остеогенезу, она протекает более интенсивно, но не столь долго, как последний.

Если активная резорбция у взрослых происходит приблизительно на 4% поверхности губчатой кости (например, гребня подвздошной кости), то неминерализованным органическим матриксом покрыто 10—15% поверхности костных балок.

Изотопные исследования показывают, что ежегодно замещается до 18% всего кальция костей. Таким образом, в костной ткани происходит активный обмен веществ, требующий хорошего кровоснабжения.

Перестройка костей каким-то образом зависит от механической нагрузки.

Кроме того, костная ткань служит резервуаром неорганических ионов, например кальция, играющего важную роль во многих физиологических процессах.

Реакция костной ткани на повреждение (переломы, инфекцию, нарушение кровоснабжения, метастазы) весьма ограничена. Процесс замещения мертвой костной ткани на новую сопровождается прорастанием новых кровеносных сосудов в пораженную область.

При значительном нарушении структуры ткани, например при переломе со смещением костных отломков или их патологической подвижностью, стромальные клетки-предшественники дифференцируются не в остеобласты, а в клетки, формирующие соединительную ткань и хрящ.

При хорошем совмещении и фиксации костных отломков срастание осуществляется преимущественно за счет остеогенеза, и рубцовой деформации не происходит. Перестройка кости зависит от механической нагрузки, которая каким-то образом влияет на биологическую активность ткани.

На границе растущей опухоли с костью происходит резорбция последней. Прогибающие деформации стимулируют остеогенез на вогнутой и резорбцию на выпуклой поверхностях, что способствует сохранению механической прочности.

Даже при таком деструктивном заболевании, как болезнь Педжета, перестройка кости зависит от механических сил. Таким образом, пластичность костной ткани определяется взаимодействием клеток друг с другом и с внешней средой.

Механизмы остеогенеза и резорбции кости

Остеогенез — это упорядоченный процесс образования и минерализации органического матрикса кости. В состав кости входят кальций и фосфат, поэтому скорость минерализации зависит от концентрации этих ионов в плазме и внеклеточной жидкости.

В искусственных условиях для кристаллизации гидроксиапатита достаточно тех концентраций кальция и фосфата, которые имеются в плазме. Концентрация ионов в очагах минерализации неизвестна, очевидно только, что она регулируется остеобластами и остеоцитами.

Коллаген различного происхождения способствует возникновению центров кристаллизации, и минерализация начинается в определенных участках упорядоченной структуры матрикса — промежутках между молекулами коллагена. Степень и характер минерализации, по-видимому, зависят от организации коллагена.

Первичная структура коллагенов I типа из кожи и из кости практически одинакова, однако эти белки претерпевают различные постгрансляционные изменения и поэтому различаются по степени гидроксилирования, гликозилирования, по типу, числу и распределению межмолекулярных поперечных связей. Кроме того, размер промежутков в упорядоченной структуре матрикса больше в минерализованном коллагене кости и дентина, чем в неминерализованном коллагене, например, сухожилий.

Важность коллагенового матрикса для нормального развития кости доказывается тем, что замена единичных аминокислот в спиральной части α1 — или α2-цепей коллагена I типа (в результате мутаций генов COL1A1 или COL1A2 соответственно) приводит к выраженному нарушению структуры кости, что проявляется как несовершенный остеогенез.

Неколлагеновые белки — остеокальцин, остеонектин и остеопонтин — также участвуют в минерализации. ЩФ служит маркером остеобластов, и чем больше ее активность, тем выше остеогенная способность этих клеток. Р

оль ЩФ в процессе минерализации до конца не выяснена, однако при врожденной недостаточности ЩФ (гипофосфатазии) остеогенез нарушается. ЩФ при нейтральном pH способна гидролизовать неорганический пирофосфат — мощный ингибитор минерализации.

Возможно, что функция ЩФ в остеогенезе сводится к регуляции уровня пирофосфата. Процесс минерализации подавляют также макромолекулярные комплексы, например протеогликаны. При обызвествлении хряща минерализация начинается в мембранных внеклеточных везикулах.

Минерализация начинается с отложения брушита (СаНР04 х 2Н20). Затем появляется слабокристаллизованый гидроксиапатит с низким (около 1,2) молярным отношением кальция к фосфату. С возрастом степень кристаллизации и отношение кальция к фосфату увеличиваются. Включение анионов фтора снижает долю аморфного фосфата кальция и усиливает кристаллическую структуру.

Если внеклеточные концентрации кальция и фосфата ниже пороговых, то минерализации не происходит.

Произведение растворимости для минерального вещества кости рассчитать очень трудно, так как его состав непостоянен, а растворимость зависит от других, пока неизвестных факторов внеклеточной жидкости.

При избыточной концентрации кальция и фосфата во внеклеточной жидкости иногда наблюдается эктопическая минерализация.

При резорбции кости кальций и фосфат поступают во внеклеточную жидкость, а органический матрикс рассасывается. Для растворения минерального вещества необходима кислая среда, которая создается в ограниченном пространстве между остеокластом и поверхностью кости. ЩФ — фермент, выделяемый клетками кости во внеклеточную среду.

Стимуляция остеогенеза сопровождается увеличением в крови активности костного изофермента ЩФ, остеокальцина и С-концевого пептида проколлагена I типа. Маркеры костной резорбции в моче: гидроксипролин, гидроксилизин и его гликозиды, пиридинолин и дезоксипиридинолин.

Источник: https://medicbolezni.ru/metabolizm-kostnoy-tkani/

Факторы, влияющие на метаболизм костей (витамины и гормоны)

Роль гормонов в метаболизме костной ткани

Доставка веществ в кость происходит по гаверсовым каналам и лакунам. Рост скелета задерживается в условиях любой недостаточности, в том числе и при недостаточной калорийности пищи. Однако, только при недостатке Са2+, фосфатов и витаминов (А, D, С) наблюдаются характерные поражения костей.

Аскорбиновая кислота. При её недостатке мезенхимальные клетки не вырабатывают нормальный коллаген, что приводит и к нарушению обызвествления.

(повторить синтез активных форм витамина D!!!!!!)

Витамин D оказывает на кость многоплановое влияние.

1) Повышает проницаемость эпителия кишечника для кальция и фосфора, стимулирует всасывание Са2+, повышает реабсорбцию кальция, фосфора, натрия, цитратов, аминокислот в проксимальных канальцах почек, поэтому недостаток витамина D проявляется в снижении поступления Са2+ в кровь. Отсюда недостаточное обызвествление кости и развитие рахита при дефиците витамина D.

2) Снижает синтез паратгормона, усиливает синтез щелочной фосфатазы (минерализация в эпифизах), коллагена, регулирует образование белковой стромы, рассасывание костной ткани в диафизах – нормализация минерализации;

3) кальцидиол, кальцитриол снижают пролиферацию, усиливают дифференцировку клеток.

Напротив, при избытке витамина D наблюдается усиленное рассасывание костей и увеличение концентрации Са2+ в сыворотке крови. Повышение Са2+ и Р в крови приводит к значительному их увеличению в моче и образованию камней в почках.

При отравлении витамином D активность гидроксилазы в почках ингибируется избытком субстрата, что препятствует синтезу активных форм витамина. Далее начинается рассасывание костной ткани. Усиление резорбции кости сопровождается подавлением процессов ее образования и торможением дифференцировки костных клеток в активные формы.

Вследствие деминерализации костей повышается уровень кальция в крови и его выделение с мочой. Параллельно интенсивно всасывается кальций из кишечника → общая гиперкальциемия, повреждение клеточных мембран → нарушение функционирования разных органов.

В результате деминерализации костей даже незначительные травмы вызывают множественные переломы.

Витамин А.

Биологически активные формы (ретиноевые кислоты) способны регулировать рост и дифференцировку клеток различных тканей организма. Действие ретиноевых кислот направлено и на остеобласты, и на остеокласты. Витамин А снижает продукцию остеобластами коллагена и увеличивает секрецию коллагеназы. Одновременно он стимулирует образование остеокластов и активирует остеокластическую резорбцию.

При недостатке витамина А нарушается рост скелета (остеосклероз), поскольку витамин участвует в синтезе гепарина, кислых мукополисахаридов хрящевой и костной тканей (связывание Са).

При избытке витамина А – у детей наблюдается деформация костей. Это объясняется деполимеризацией и гидролизом хондроитинсульфата, входящего в состав хряща. У взрослых – остеопения, переломы и потеря компонентов костного матрикса.

Паратгормон

Паратгормон – гормон паращитовидных желёз. Он повышает концентрацию Са2+ в крови благодаря действию на кишечник, кости и почки. Паратгормон ингибирует реабсорбцию Р в почечных канальцах, что приводит к понижению его концентрации в плазме и, как следствие, к дополнительной стимуляции рассасывания костей для пополнения недостаточных количеств этого иона в циркулирующей крови.

https://www.youtube.com/watch?v=yOEXyhlxBk4

Метаболический эффект паратгормона опосредуется его действием на остеоциты, которые в свою очередь оказывают регуляторное влияние на структуру матрикса кости. Паратгормон активирует связанную с мембраной костных клеток аденилатциклазу и увеличивает поступление Са2+ в эти клетки. Увеличение внутриклеточной концентрации Са2+ в остеоцитах приводит к следующим основным эффектам:

1)      Активации клеточных систем, участвующих в рассасывании кости;

2)      Ускорению превращения клеток-предшественников в остеобласты и остеокласты;

3)      Ингибированию синтеза коллагена остеобластами.

При повышении выработки ПТГ снижается Са-связывающая способность кости и может происходить эрозия даже хорошо кальцинированной кости (выход Са, обеднение матрикса кости коллагеном и протеогликаном).

Кальцитонин

Кальцитонинсинтезируется в паращитовидных железах и частично в щитовидной железе.

Его влияние на концентрацию Са2+ в крови прямо противоположно действию паратгормона. Он стимулирует перенос Са и Р из крови в кости, ускоряет отложение кальция и ингибирует его выход из костей.

Механизм антирезорбтивного действия кальцитонина заключается в прямом действии гормона на остеокласты, имеющие к нему большое количество рецепторов. Рецепторы кальцитонина связаны с G-белками, один тип которых активирует аденилатциклазу, другой – фосфолипазу С.

Последующее увеличение концентрации внутриклеточного кальция вызывает открепление остеокластов и прекращение резорбции.

Первоначальный эффект кальцитонина заключается в активации кальциевого насоса и стимуляции выхода Са из кости, но одновременно гормон стимулирует и поглощение кальция митохондриями. В результате конечный эффект будет в снижении концентрации кальция в крови.

Половые гормоны (эстрогены и андрогены)

Половые гормоны имеют важное значение в обмене костной ткани. Основной эффект эстрогена (17b2-эстрадиола) на кость заключается в снижении скорости её резорбции. Это результат прямого влияния гормона на предшественники остеокластов и подавления остеокластогенеза.

Зрелые остеокласты в отличие от предостеокластов не имеют рецепторов к эстрогенам, поэтому их действие опосредовано остеобластами, которые в ответ на половые гормоны снижают секрецию проостеолитических факторов.

17b2-эстрадиол, тестостерон, дигидрокситестостерон и андрогены ограничивают остеопороз, так как ингибируют синтез интерлейкина-6 остеобластами и стромальными клетками костного мозга.

Глюкокортикоиды

Глюкокортикоиды – жирорастворимые гормоны, поэтому легко проникают через клеточную мембрану, связываются с рецепторными белками (специфическими в разных тканях) и далее действуют по ядерно-цитоплазматическому механизму. Влияние глюкокортикоидов на метаболизм в разных тканях происходит по-разному, поскольку используются различные варианты воздействия на геном клетки.

В костях, соединительной ткани, скелетных мышцах, лимфоидной ткани Гормон-Рецепторный комплекс блокирует образование м-РНК для синтеза белков, и освобождающиеся аминокислоты поступают в печень для глюконеогенеза.

Одновременно в этих тканях глюкокортикоиды активируют липолиз, продукты которого тоже используются для глюконеогенеза.

Нарушения метаболизма костной ткани возникают вследствие ингибирования процессов синтеза коллагена и неколлагеновых белков кости, а также нарушения регуляторной роли фосфолипидов при минерализации кости.

Рис. Комплексное влияние глюкокортикоидов на метаболизм в разных тканях.

Тиреоидные гормоны

Тиреоидные гормоны – одни из основных системных регуляторов развития и перестройки кости. Действие обусловлено их влиянием на остеобласты, которые имеют к ним рецепторы.

Показано существование другого механизма действия тиреоидных гормонов на остеобласты: Т3повышает секрецию гипофизом гормона роста, который, в свою очередь, стимулирует продукцию печенью и другими органами инсулиноподобного фактора роста-1 (ИФР-1).

ИФР-1 модулирует функцию остеобластов, в том числе регуляцию ими остеокластогенеза. Последнее связано с увеличением (под влиянием тиреоидных гормонов) секреции остеобластами простагландинов, стимулирующих функции остеокластов.

Источник: https://biohimist.ru/podborka-lektsij-po-biokhimii/36-biohimija-kostnoj-tkani/308-faktory-vlijajushhie-na-metabolizm-kostej-vitaminy.html

Лечение Костей
Добавить комментарий